Dwie przegrane gry mogą się sumować do wygranej, zgodnie z koncepcją zwaną paradoksem Parrondo.
Teraz fizycy wykazali, że ten paradoks istnieje również w dziedzinie mechaniki kwantowej, reguł rządzących cząsteczkami subatomowymi. Może to prowadzić do szybszych algorytmów dla przyszłych komputerów kwantowych.
Fizyk Juan Parrondo po raz pierwszy opisał paradoks w 1997 r., Aby wyjaśnić, w jaki sposób losowość może napędzać grzechotki - asymetryczne koła zębate, które umożliwiają ruch w jednym kierunku, ale nie w drugim. Paradoks dotyczy fizyki, biologii, a nawet ekonomii i finansów.
Prosty przykład paradoksu Parrondo można zilustrować grą typu flip-coin. Załóżmy, że postawiłeś dolara na przerzucenie ważonej monety, która daje nieco mniej niż 50-procentową szansę odgadnięcia prawej strony. W dłuższej perspektywie przegrałbyś.
Teraz zagraj w drugą grę. Jeśli liczba posiadanych dolarów jest wielokrotnością 3, przerzucasz ważoną monetę z nieco mniej niż 10-procentową szansą na wygraną. Tak więc dziewięć na 10 tych rzutów przegrałoby. W przeciwnym razie możesz rzucić monetą z prawie 75-procentową szansą na wygraną, co oznacza, że wygrałbyś trzy z czterech takich rzutów. Okazuje się, że podobnie jak w pierwszej grze przegrałbyś z czasem.
Ale jeśli grasz w te dwie gry jedna po drugiej w losowej kolejności, ogólne szanse rosną. Zagraj wystarczająco dużo razy, a staniesz się bogatszy.
„Paradoks Parrondo wyjaśnia tak wiele rzeczy w klasycznym świecie” - powiedział współautor badań Colin Benjamin, fizyk z indyjskiego National Institute of Science Education and Research (NISER). Ale „czy możemy to zobaczyć w świecie kwantowym?”
Na przykład w biologii zapadanie kwantowe opisuje, w jaki sposób jony lub naładowane cząsteczki lub atomy przechodzą przez błony komórkowe. Aby zrozumieć to zachowanie, badacze mogą korzystać z prostych, łatwych do symulacji modeli opartych na kwantowych wersjach paradoksu Parrondo, powiedział David Meyer, matematyk z University of California w San Diego, który nie był zaangażowany w badania.
Jednym ze sposobów modelowania losowej sekwencji gier, która rodzi paradoks, jest losowy spacer, który opisuje przypadkowe zachowanie, takie jak ruch drżących mikroskopijnych cząstek lub okrężna ścieżka fotonu, gdy wyłania się on z jądra Słońca.
Możesz pomyśleć o przypadkowym spacerze jako użyciu rzutu monetą w celu ustalenia, czy kroczysz w lewo, czy w prawo. Z czasem możesz skończyć dalej w lewo lub w prawo od miejsca rozpoczęcia. W przypadku paradoksu Parrondo przejście w lewo lub w prawo oznacza grę w pierwszą lub drugą grę.
W przypadku kwantowego losowego marszu możesz ustalić kolejność rozgrywki za pomocą monety kwantowej, która daje nie tylko głowy lub reszki, ale także obie jednocześnie.
Okazuje się jednak, że pojedyncza dwustronna moneta kwantowa nie wywołuje paradoksu Parrondo. Zamiast tego, powiedział Benjamin, potrzebujesz dwóch monet kwantowych, jak pokazał on i Jishnu Rajendran, były doktorant w NISER, w artykule teoretycznym opublikowanym w lutym 2018 r. W czasopiśmie Royal Society Open Science. Za pomocą dwóch monet kroczysz w lewo lub w prawo tylko wtedy, gdy obie pokazują głowy lub reszki. Jeśli każda moneta pokazuje coś przeciwnego, czekasz do następnego rzutu.
Niedawno, w analizie opublikowanej w czerwcu w czasopiśmie Europhysics Letters, naukowcy wykazali, że paradoks powstaje również wtedy, gdy używana jest jedna moneta kwantowa - ale tylko wtedy, gdy dopuszczasz możliwość wylądowania na boku. (Jeśli moneta wyląduje na boku, czekasz na kolejną klapkę.)
Korzystając z tych dwóch sposobów generowania kwantowych spacerów, naukowcy znaleźli gry, które doprowadziły do paradoksu Parrondo - dowód zasady, że kwantowa wersja paradoksu rzeczywiście istnieje, powiedział Benjamin.
Paradoks zachowuje się również podobnie do algorytmów wyszukiwania kwantowego zaprojektowanych dla przyszłych komputerów kwantowych, które mogłyby poradzić sobie z obliczeniami niemożliwymi dla normalnych komputerów, twierdzą fizycy. Po kwantowym losowym spacerze masz znacznie większą szansę na znalezienie się daleko od punktu początkowego niż w przypadku klasycznego losowego spaceru. W ten sposób spacery kwantowe rozpraszają się szybciej, potencjalnie prowadząc do szybszych algorytmów wyszukiwania, twierdzą naukowcy.
„Jeśli zbudujesz algorytm działający na zasadzie kwantowej lub chodzeniu losowym, jego wykonanie zajmie znacznie mniej czasu” - powiedział Benjamin.
Nota redaktora: Ta historia została zaktualizowana w celu wyjaśnienia, że Jishnu Rajendran nie jest już absolwentem NISER.
